इमारतींचे आरोग्य तपासणे झाले सोपे

^{फ्रीइमेजेसलाइव्ह वर ग्र्याटूइट द्वारे प्राप्त झालेली प्रतिमा}

काँक्रीट अधिक मजबूत करण्यासाठी आणि बांधकाम टिकाऊ बनवण्यासाठी पूल, इमारती आणि रस्ते बांधताना स्टीलच्या प्रबलन सळया (रीबार्स) वापरतात. सहसा त्या गंजू नये म्हणून त्यावर क्षरणप्रतिबंधक लेप देतात, तरीही या सळया गंजण्याची शक्यता असते. पाणी झिरपल्यामुळे, क्षरणास कारणीभूत असणाऱ्या रसायनांच्या संपर्कात आल्यामुळे किंवा कॉंक्रिटची क्षारता वा आम्लता अयोग्य असल्यामुळे गंज चढू शकतो, ज्यामुळे झीज किंवा क्षरण (corrosion) होते. क्षरण झालंय का आणि किती झालंय हे कळले तर एकूणच बांधकामाचा ऱ्हास टाळता येतो आणि दुरुस्तीचा खर्चही मोठ्या प्रमाणात वाचू शकतो. क्षरण तपासण्यासाठी सध्या वापरल्या जाणाऱ्या पद्धती क्षरणाचे अचूक प्रमाण सांगू शकत नाहीत आणि बांधकाम अजून किती काळ वापरण्यायोग्य व सुरक्षित राहील याचा अंदाज बांधणे अवघड होते.

भारतीय तंत्रज्ञान संस्था, मुंबई (आय आय टी बॉम्बे) येथील प्रा. सिद्धार्थ तल्लूर आणि प्रा. सौविक बॅनर्जी यांच्या नेतृत्वाखालील गटाने कॉंक्रीटच्या आत असलेल्या पोलादी सळयांमधील क्षरणाचे प्रमाण मोजण्यासाठी एक प्रोब (शोधणी) विकसित केला आहे. कॉंक्रिट बांधकामाच्या पृष्ठभागावर हा प्रोब ठेवून क्षरणाचे मोजमाप करता येते. या प्रोबमध्ये सुधारित रचना असलेला संवेदक व अभिनव सिग्नल प्रोसेसिंग तंत्राचा वापर केलेला असल्यामुळे रूढ मापन पद्धतींपेक्षा सदर प्रोब अधिक संवेदी व अचूक आहे. या संशोधनाला भारत सरकारच्या विज्ञान आणि तंत्रज्ञान विभाग आणि संरचना स्ट्रक्चरल स्ट्रेंदनिंग प्रा. लि. यांच्याद्वारे अंशतः अर्थसहाय्य लाभले होते. हे संशोधन आयईईई सेन्सर्स (IEEE Sensors) या नियतकालिकामध्ये प्रकाशित केले गेले आहे.

सध्या वापरल्या जाणाऱ्या पद्धतींपैकी अर्ध-विद्युतघट विभव (हाफ सेल पोटेंशिअल) मापन पद्धतीमध्ये बांधकामाला एक छोटे भोक पाडून सळईचा थोडा भाग उघडा करून मापन यंत्राशी जोडला जातो. क्षरण झालेल्या पोलादाचे आणि क्षरण न झालेल्या पोलादाचे विद्युत-रासायनिक गुणधर्म वेगवेगळे असल्यामुळे निर्माण झालेल्या विभवांतराचे (व्होल्टतेतील फरक) मोजमाप करून क्षरणाच्या दराचा अंदाज लावता येतो. तरीही यात क्षरणाची व्याप्ती कळत नाही. शिवाय ही चाचणी पद्धत विध्वंसक आहे, म्हणजेच चाचणी करताना बांधकामाचा थोडा भाग तोडावा लागतो.

बांधकामाला कोणत्याही प्रकारे धक्का न लावणाऱ्या इतर अविध्वंसक चाचणी पद्धतीही उपलब्ध आहेत. त्यामध्ये बांधकाम सामग्रीच्या विद्युत, चुंबकीय किंवा ध्वनिक गुणधर्मांमध्ये झालेल्या बदलांचे मोजमाप करून क्षरणाचा अंदाज लावला जातो. विद्युत रोधावर आधारित प्रोब पद्धतीमध्ये बांधकामाच्या वेळी कॉंक्रीटमध्ये पुरलेल्या संवेदकाच्या मदतीने सळयांमधील विद्युत प्रवाह मोजला जातो. क्षरणाच्या प्रक्रियेमुळे प्रोबच्या विद्युतरोधामध्ये(रेझिस्टन्स) बदल होतो, व विद्युत प्रवाह बदलतो. मात्र या तंत्राची संवेदनशीलता कमी असल्याने ही पद्धत जास्त वापरली जात नाही. ध्वनिक उत्सर्जन संवेदन (अकूस्टिक एमिशन सेन्सिंग) ही अजून एक अविध्वंसक चाचणी पद्धती. सळयांच्या क्षरणामुळे सभोवतालच्या काँक्रीटला तडे जाऊन त्यात निर्माण झालेल्या ताणामुळे उत्सर्जित होणाऱ्या ध्वनी लहरी पृष्ठभागावर लावलेला एक संवेदक टिपतो. परंतु ही पद्धत नेमके किती क्षरण आहे याचा थेट अंदाज लावू शकत नाही. क्षरण नुकतेच सुरू झाले असेल तर काँक्रीटला तडे गेलेले नसतात, त्यामुळे प्राथमिक अवस्थेतील क्षरण ह्या पद्धतीने ओळखता येत नाही.

प्रस्तुत अभ्यासात क्षरण किती प्रमाणात आहे हे मोजण्यासाठी स्पंदित एडी विद्युत धारा (भोवरा धारा किंवा पल्स्ड एडी करंट) मापन पद्धत वापरली आहे. विद्युत वाहक तारेच्या कॉइल मधून विद्युुत धारा सोडल्यास चुंबकीय क्षेत्र तयार होते. अशी कॉइल धातूच्या तुकड्याजवळ ठेवली तर त्या धातूच्या तुकड्यात एडी विद्युत धारा निर्माण होते. या एडी विद्युत धारेमुळे दुय्यम चुंबकीय क्षेत्र तयार होते, जे मूळ चुंबकीय क्षेत्राच्या विरुद्ध असते. प्रोबमध्ये असलेला चुंबकीय क्षेत्र संवेदक हे दुय्यम चुंबकीय क्षेत्र टिपतो, व चुंबकीय क्षेत्राच्या प्रमाणात व्होल्टता निर्माण करतो. जेव्हा सळई गंजते, तेव्हा विद्युतरोधक असलेल्या गंजाच्या थरामुळे एडी प्रवाहाची महत्ता कमी होते ज्यामुळे दुय्यम चुंबकीय क्षेत्र देखील कमी होते. दुय्यम चुंबकीय क्षेत्र किती कमी झाले हे संवेदक मोजतो.

सध्या व्यावसायिक स्तरावर स्पंदित एडी विद्युत धारा मापन पद्धत तेल, वायू आणि पाण्याच्या पाइपलाइनची तपासणी करण्यासाठी वापरली जाते. पाइपच्या अगदी जवळ किंवा थेट त्याच्या पृष्ठभागावर प्रोब ठेवता येतो. पण प्रबलन सळया काँक्रीटच्या आतमध्ये खोलवर दडलेल्या असतात, त्यामुळे ही पद्धत वापरून काँक्रीटच्या सळयांमधील क्षरणाचे मोजमाप करणे आव्हानात्मक होते. शिवाय, पोलादी सळया पाइपपेक्षा लहान व्यासाच्या असतात व एडी प्रवाह तयार होण्यासाठी त्यांचात उपलब्ध पृष्ठभाग खूपच कमी असतो. म्हणून प्रोबची संवेदकता जास्त असणे आवश्यक असते. उच्च संवेदकता असलेले प्रोब सहसा महाग असतात. मात्र आयआयटी मुंबईच्या संशोधकांना तुलनेने कमी किंमतीची इलेक्ट्रॉनिक सामग्री वापरून उच्च प्रतीचा प्रोब तयार करण्यात यश आले आहे. त्यामुळे क्षरण मोजण्यासाठी एक किफायतशीर पर्याय उपलब्ध झाला आहे.

प्रोबची संवेदकता सुधारण्यासाठी आयआयटी मुंबईच्या संशोधकांनी ॲनायसोट्रॉपिक मॅग्नेटोरेसिस्टिव्ह (एएमआर) संवेदक या अत्यंत उच्च संवेदकता असलेल्या चुंबकीय क्षेत्र संवेदकाचा वापर केला आहे. संशोधकांनी एक अभिनव सिग्नल प्रोसेसिंग पद्धत तयार केली आहे ज्यात एएमआर संवेदकाकडून मिळणाऱ्या संकेतातील क्षरण मोजण्यास उपयुक्त वैशिष्ट्ये, प्रिन्सिपल कॉम्पोनंट ॲनालिसिस (प्रधान घटक विश्लेषण) ह्या ज्ञात गणितीय तंत्राच्या आधारे ते काढतात. भारतात या शोधाला पेटंट मिळावे यासाठी संशोधकांच्या गटाने अर्ज दाखल केला आहे.

काँक्रीटमधील पोलादाचे नैसर्गिकरित्या क्षरण होण्यास अनेक वर्षे लागतात म्हणून संशोधकांनी प्रयोगशाळेत पोलादी सळयांवर कृत्रिमरित्या क्षरण घडवले व प्रोबच्या चाचण्या केल्या. त्यांना दिसले की प्रोब ५.५ सेंटीमीटर खोल असलेल्या पोलादी सळयांमधील क्षरण मोजू शकतो. कुठलीही इतर अविध्वंसक पद्धत इतक्या खोल असलेल्या सळयांच्या क्षरणाचे मोजमाप करू शकल्याची नोंद आजपर्यंत आढळून आलेली नाही. प्रा. तल्लूर म्हणतात, “आम्ही तयार केलेले यंत्र लहान आहे, व कमी विद्युत शक्ती वापरते. हे लक्षात घेता, इतक्या खोलवर असलेल्या सळयांमधले क्षरण मोजता येणे नक्कीच लक्षणीय आहे. त्यामुळे स्पंदित एडी विद्युत धारा तंत्रावर आधारित, हातात धरता येईल अशा आकाराचे तपासणी यंत्र विकसित करण्याच्या दिशेने हे एक मोठे पाऊल आहे.” त्यांनी सांगितले की प्रयोगशाळेतील कृत्रिमरित्या क्षरण केलेल्या नमुन्यांचे गुणधर्म अनेक वर्षे नैसर्गिक क्षरण झालेल्या नमुन्यांच्या गुणधर्मांशी तंतोतंत जुळतात. त्यामुळे, प्रयोगशाळेत चाचणी केलेले सदर तंत्रज्ञान सध्याच्या स्वरूपात सुद्धा प्रत्यक्ष वापरण्यास सज्ज आहे. प्रत्यक्ष बांधकामांतील सळयांचे क्षरण मोजण्याच्या चाचण्या करणे शक्य व्हावे म्हणून संशोधक प्रोबसाठी हातात मावेल एवढी पण तरीही मजबूत अशी बाह्य रचना तयार करण्याचे काम करत आहेत.

उत्पादक, इमारत मालक, सेवा उद्योग, पाइपलाइन आणि स्टोरेज टाक्यांचे मालक, देखभाल व्यावसायिक आणि कंत्राटदार हे उपकरण त्यांच्या बांधकामाच्या संरचनेमधील क्षरणाचे प्रमाण वेळच्यावेळी मोजण्यासाठी वापरू शकतात. बांधकामाचा प्रकार आणि क्षरणाची तीव्रता यानुसार सुयोग्य उपचारात्मक निर्णय ते घेऊ शकतात. यामध्ये रेट्रोफिटिंग आणि दुरुस्ती या उपायांचा समावेश आहे. बांधकामातील कमकुवत होत जाणाऱ्या आणि म्हणून अधिक निरीक्षणाची गरज असणाऱ्या जागा वेळीच ओळखल्या जाऊ शकतात.

संशोधकांचा गट सध्या या शोधावर आधारित एक हातात धरता येईल अशा आकाराचे स्कॅनर उपकरण तयार करत आहे. हे उपकरण वापरायला अगदी माफक प्रशिक्षण घेणे पुरेसे असेल. या उपकरणाचा वापर बांधकामाची संरचनात्मक तपासणी किंवा सुरक्षा लेखापरीक्षा (सिक्युरिटी ऑडिट) साठी होऊ शकतो. शिवाय संशोधकांनी अल्गोरिदम विकसित केले आहेत जे उपकरणाला जोडलेल्या स्मार्टफोन ॲपमध्ये वापरले आहेत. यामुळे काँक्रीटमध्ये दडलेल्या पोलादी सळयांच्या क्षरण विषयक स्थितीबद्दल वापरकर्त्याला निरंतर माहिती मिळत राहील. "आमचे उद्दिष्ट होते असे उपकरण निर्माण करण्याचे, जे वापरायला इतके सोपे असावे की स्मार्टफोन वापरणाऱ्या कुणालाही, कुठलीही माहिती पुस्तिका वाचायची गरज न भासता, ते सहजगत्या वापरता यावे," असे प्रा. तल्लूर यांनी शेवटी सांगितले.